可重復(fù)使用運(yùn)載器（RLV）是未來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、可靠及廉價(jià)進(jìn)出空間的必然趨勢(shì),也是當(dāng)前航空航天領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對(duì)RLV再入段的軌跡優(yōu)化、制導(dǎo)及控制方法進(jìn)行了綜述。在RLV再入軌跡優(yōu)化方法上,分別從間接法、直接法以及偽譜法等方面進(jìn)行了綜述,在深入分析每類方法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望;在RLV再入制導(dǎo)方法上,分別從離線標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)、在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)、預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)等方面進(jìn)行了綜述,對(duì)每類再入制導(dǎo)方法進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)分析,并對(duì)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了總結(jié);在RLV再入姿態(tài)控制方法上,分別從線性控制方法、非線性控制方法、智能控制方法等方面對(duì)其進(jìn)行了綜述,并對(duì)其特點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。最后,對(duì)RLV再入制導(dǎo)控制一體化方法進(jìn)行了綜述,指出了未來(lái)RLV制導(dǎo)控制一體化研究中亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 

【文章來(lái)源】：航空學(xué)報(bào). 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：25 頁(yè)

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圖４ＲＬＶ?jǐn)?shù)值預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)方法流程圖Ｆｉｇ．４ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＲＬＶｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｏｒ－ｃｏｒｒｅｃｔｏｒｇｕｉｄａｎｃｅｍｅｔｈｏｄ

確保飛行器的平穩(wěn)飛行）的引入，導(dǎo)致ＲＬＶ的再入飛行走廊被限制在非常狹小的飛行區(qū)域［５－７］。４）安全面臨挑戰(zhàn)。為了獲得更高的機(jī)動(dòng)性能和操縱性，提高飛行器應(yīng)對(duì)復(fù)雜飛行環(huán)境的能力，ＲＬＶ在布局設(shè)計(jì)時(shí)往往采用除傳統(tǒng)副翼、方向舵和升降舵以外更多的操縱面，如升降副翼和機(jī)身襟翼等。由于飛行環(huán)境和自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜特性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的冗余也使得執(zhí)行器發(fā)生潛在故障（如卡死、部分失效和完全失效等）的可能性顯著增加，給飛行安全帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。圖１ＲＬＶ再入飛行示意圖Ｆｉｇ．１ＲＬＶｒｅｅｎｔｒｙｆｌｉｇｈｔｄｉａｇｒａｍ綜上所述，ＲＬＶ是一個(gè)集多變量、強(qiáng)耦合、非線性、不確定、多約束及潛在執(zhí)行器故障影響的復(fù)雜被控對(duì)象，其高自主性、高可靠性、高安全性和高靈活性的制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)，相關(guān)技術(shù)的研究已經(jīng)成為當(dāng)今航空航天領(lǐng)域最為前沿的研究課題之一。本文系統(tǒng)地對(duì)ＲＬＶ再入段軌跡優(yōu)化、制導(dǎo)控制及制導(dǎo)控制一體化方法進(jìn)行了綜述性分析，在對(duì)每類方法特點(diǎn)深入分析的基礎(chǔ)上對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，研究結(jié)果可為從事相關(guān)工作的科研工作者提供有益參考。１ＲＬＶ再入軌跡優(yōu)化方法１．１再入軌跡優(yōu)化問(wèn)題描述ＲＬＶ再入軌跡優(yōu)化的主要任務(wù)是通過(guò)優(yōu)化求解獲得滿足各種路徑約束（動(dòng)壓、熱流密度和過(guò)載約束）、狀態(tài)量和控制量及邊值約束的可行再入飛行軌跡，并使得某一性能指標(biāo)優(yōu)。就其科學(xué)問(wèn)題而言，ＲＬＶ再入軌跡優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的、高度非線性的、多變量、多約束的最優(yōu)控制問(wèn)題，對(duì)該問(wèn)題的求解最早可追溯到

飛行剖面未考慮ＲＬＶ的橫向機(jī)動(dòng)，不能滿足ＲＬＶ高橫向機(jī)動(dòng)任務(wù)中的再入制導(dǎo)要求［８１］�；陔x線最優(yōu)軌跡的三維標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)方法，可以滿足再入飛行軌跡的最優(yōu)性、高機(jī)動(dòng)性及對(duì)最優(yōu)軌跡的跟蹤精度等需求。然而。該類制導(dǎo)方法僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)先設(shè)計(jì)的離線軌跡進(jìn)行跟蹤，當(dāng)ＲＬＶ面臨未知的突發(fā)事件時(shí)，如飛行器故障或飛行任務(wù)變更等，離線軌跡將不再滿足再入需求，制導(dǎo)性能往往大幅下降甚至失效。圖２給出了２種離線標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)方法的特點(diǎn)對(duì)比。圖２ＲＬＶ離線標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)方法特點(diǎn)Ｆｉｇ．２ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＲＬＶｏｆｆ－ｌｉｎｅｎｏｍｉｎａｌｔｒａｊｅｃｔｏ－ｒｙｇｕｉｄａｎｃｅｍｅｔｈｏｄ２．２在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)２．２．１在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)方法考慮ＲＬＶ再入過(guò)程，當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，離線軌跡不再滿足飛行任務(wù)需求，需要在線對(duì)軌跡進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)出新的軌跡作為跟蹤制導(dǎo)的目標(biāo)，即在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)方法。圖３給出了在線軌跡重構(gòu)制導(dǎo)的流程圖。文獻(xiàn)［６２］提出了一種基于在線軌跡優(yōu)化的實(shí)時(shí)最優(yōu)反饋再入制導(dǎo)策略，該方法基于偽譜法，通過(guò)連續(xù)的實(shí)時(shí)軌跡優(yōu)化達(dá)到實(shí)時(shí)閉環(huán)最優(yōu)反饋制導(dǎo)的目的，直至再入過(guò)程結(jié)束。然而，該方法對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。因此，考慮到凸優(yōu)化方法的計(jì)算效率較高，實(shí)時(shí)性較好，其在解決航空航天制導(dǎo)問(wèn)題方面的效用正在迅速提高，并具有機(jī)載實(shí)時(shí)應(yīng)用的潛力。文獻(xiàn)［８８］對(duì)凸優(yōu)化在航空航天中制導(dǎo)方向上的應(yīng)用進(jìn)行了綜述性研究，并對(duì)問(wèn)題凸化方法及凸化過(guò)程的有效性進(jìn)行了討論。文獻(xiàn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于凸優(yōu)化的再入軌跡三維剖面規(guī)劃方法[J]. 周祥,張洪波,何睿智,湯國(guó)建,包為民.  航空學(xué)報(bào). 2020(11)
[2]變信賴域序列凸規(guī)劃RLV再入軌跡在線重構(gòu)[J]. 宗群,李智禹,葉林奇,田栢苓.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2020(03)
[3]基于預(yù)設(shè)性能的非線性系統(tǒng)反演自適應(yīng)控制[J]. 王宏亮,王小博,李萬(wàn)兵.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2019(31)
[4]航天器姿態(tài)預(yù)設(shè)性能控制方法綜述[J]. 魏才盛,羅建軍,殷澤陽(yáng).  宇航學(xué)報(bào). 2019(10)
[5]滑翔飛行器彈道規(guī)劃與制導(dǎo)方法綜述[J]. 張遠(yuǎn)龍,謝愈.  航空學(xué)報(bào). 2020(01)
[6]自主學(xué)習(xí)干擾觀測(cè)器驅(qū)動(dòng)的重復(fù)使用運(yùn)載器再入段滑�？刂芠J]. 陳佳曄,穆榮軍,白瑜亮,張新,崔乃剛.  宇航學(xué)報(bào). 2019(06)
[7]Prescribed Performance Finite-Time Tracking Control for Uncertain Nonlinear Systems[J]. JING Yuanwei,LIU Yang,ZHOU Shaowei.  Journal of Systems Science & Complexity. 2019(03)
[8]高超聲速飛行器再入自適應(yīng)容錯(cuò)制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)[J]. 顧攀飛,齊瑞云,郭小平.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(06)
[9]輸入受限的高超聲速飛行器魯棒反演控制[J]. 駱長(zhǎng)鑫,張東洋,雷虎民,卜祥偉,葉繼坤.  航空學(xué)報(bào). 2018(04)
[10]基于自適應(yīng)模糊H∞控制的可重復(fù)使用運(yùn)載器再入姿態(tài)控制[J]. 竇立謙,毛奇,蘇沛華.  控制與決策. 2018(07)

博士論文
[1]基于擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)母叱曀亠w行器再入姿態(tài)控制研究[D]. 陳辰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]基于反步法的高超聲速飛行器自適應(yīng)控制方法研究[D]. 張玉芳.哈爾濱工程大學(xué) 2014
[3]空天飛行器不確定非線性魯棒自適應(yīng)控制[D]. 朱亮.南京航空航天大學(xué) 2006

碩士論文
[1]基于自適應(yīng)模糊策略的可重復(fù)運(yùn)載器姿態(tài)控制研究[D]. 毛奇.天津大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3627378